專利名稱：用于制造熒光光學信息載體的方法及其裝置和載體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造熒光光學信息載體的方法。
本發(fā)明還涉及熒光光學信息載體。
此外本發(fā)明涉及用于制造熒光光學信息載體的裝置。
本發(fā)明與光學數據存儲和制造光學數據存儲盤特別相關，尤其與能用作數據存儲介質的高對比度多層熒光光盤相關。
背景技術：
在光記錄領域，增加信息載體的容量是趨勢。已經研究的用于增加數據容量的方法包括在信息載體中使用許多信息層。例如，DVD(數字視頻盤)可包括兩個信息層。信息依靠光束使用局部折射指數變化或存在的表面起伏結構記錄在信息層上或從信息層讀取。
為了增加信息載體層的數目，已經提出熒光多層信息載體。1999年12月28日授權的美國專利US 6,009,065描述了這種熒光多層信息載體和用于從該載體讀取的光盤裝置。
在各信息層中，信息是以一系列的熒光和非熒光單元貯存或記錄的，熒光單元由與光束相互作用時能產生熒光輻射的熒光物質組成。載體層通過間隔層分離，該間隔層對于一定波長的光束和熒光輻射是透明的。
光束通過物鏡聚焦在載體層上。當所述層的熒光單元吸收光束能量時，產生熒光信號。該熒光信號由于所謂的行程偏移而具有波長，其不同于激發(fā)束的波長。因此，熒光信號和非尋址層之間的交互作用相對較小，因為非尋址層在熒光信號的波長下的吸收是相對較小。
然后檢測單元檢測熒光信號。檢測單元包括用于分離來自尋址層的熒光信號和來自非尋址層的熒光信號的裝置。例如，共焦點地插入到光電二極管的前面，以便在空間上阻礙來自非所述層的熒光信號。
熒光數據存儲因為感光感應發(fā)射的光而施加在多層介質系統(tǒng)上，所述光是不連貫的，具有與激發(fā)束不同的波長。因而，在來自不同的層的光子之間不會發(fā)生不利的干涉效應。然而，與相位光柵系統(tǒng)相反，在“一”和“零”之間的發(fā)射對比不是通過折射或反射束的干涉實現(xiàn)的。它僅通過發(fā)射光的強度差異實現(xiàn)。用于調制發(fā)射的兩個可能性是吸收率和或發(fā)射度空間調制。兩個可能性都可通過單位面積光束直徑上染料的有效局部濃度實現(xiàn)。該有效局部濃度可調整為化學意義上(單位體積的分子數)的濃度，或者物理意義上(每分子的吸收率)的濃度或者簡單為層厚度的變化。后者是最明顯的，雖然已經提出通過改變分子定向(相對于入射偏振束的躍遷力矩)而改變吸收率。
改變層厚度從而制造數據層可通過以下實現(xiàn)(i)結構化基底，熒光層通過旋涂施加在基底上，或(ii)在通過壓印將熒光層施加到扁平的基底上之后結構化熒光層。前者方法(i)粗略顯示在圖1中。基底可使用相同的技術結構化，該技術被用于傳統(tǒng)的光記錄介質(ROM)，比如噴射造型。該方法的問題在于在旋涂的同時形成連續(xù)層，在干燥后連續(xù)層的層厚度已經被調制，但是層厚度不會等于零。增加凹槽的深度可以增大調制，但是這種結構的復制工藝限制了這一點。如圖2粗略顯示的第二個方法(ii)也遇到類似的問題。不可能將槽脊的層厚度減小到零，這個事實限制了凹槽的層厚度與槽脊的層厚度的比值，凹槽結構的縱橫比受到復制工藝的限制。圖1顯示現(xiàn)有技術中用于在信息載體盤的結構化基底上制造熒光層的工序。在步驟100中，采用的結構化基底104上涂抹有熒光層102?；?04可使用類似的技術結構化，該技術被用于傳統(tǒng)的光學記錄介質(例如ROM)，例如噴射造型。在步驟110的旋涂形成連續(xù)層之后和在干燥之后層108形成。但是槽脊具有的厚度不等于零。
圖2顯示的現(xiàn)有技術工序中用于在信息載體盤的未結構化基底上制造結構化熒光層的工序。在步驟200中硬質壓模202和未結構化基底206一起使用，熒光層204涂抹到該基底上。在步驟210中，施加硬質壓模202，熒光層204將變形為結構化熒光層208。在步驟220中，硬質壓模202將被移除，可能在硬化步驟之后形成最終的結構化熒光層210。因為壓模202是硬質的，所以不可能使用這些方法實現(xiàn)結構化表面，其中槽脊具有零厚度(或者甚至不接近零)。
到目前為止，制造在凹槽和槽脊之間具有盡可能高對比度的熒光數據層的盤是不可行的。改善調制的根本步驟是將槽脊(或凹槽)中的發(fā)射實際減小到零。除此之外，對于光學只讀存儲器介質，優(yōu)選的工藝是是整個層在單個步驟中結構化，以便加速工藝過程和使成本盡可能低。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于在基底上制造光學信息層的易于實踐、低成本的工藝，以及能執(zhí)行該工藝的裝置。該工藝尤其適合于光學存儲盤，因為它必須可能大量生產，例如只讀光盤(或其混合盤)。方法的適用目標是熒光光學存儲盤，這些盤可能是多層的。
本發(fā)明的另一個目的是提供光學存儲盤，其包括信息層，信息層包括基底上的熒光染料。信息層包括槽脊和凹槽的結構，其中槽脊具有大致為零的厚度；和凹槽具有有限的厚度。
為了信息層的最大調制，發(fā)明人提出采用如下方式結構化熒光介質槽脊(或凹槽)區(qū)域的層厚度實際變?yōu)榱?，但是在其余區(qū)域處它具有強信號要求的厚度。對于多層介質，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了最小化來自不同層的本底輻射，尤其優(yōu)選具有零厚度的連續(xù)(槽脊)區(qū)域和具有最大厚度的凹槽。
在一個實施例中，例如，從通過工藝(i)和(ii)(如上所述，分別對應圖1和圖2)獲得的介質開始，發(fā)明人通過蝕刻結構化熒光層而實現(xiàn)目標，例如反應離子蝕刻。在這種工藝中，材料通過離子轟擊從表面移除，如圖3粗略所示。優(yōu)選地在垂直于表面的方向上移除。采用這種方式，不影響圖案的橫向分辨率。選擇蝕刻等離子成分，以致侵蝕速度在熒光層和基底(或者在基底和熒光層之間涂抹的涂層)之間存在很大差異。采用這種方式，蝕刻實際上將在界面處停止。這種方法可能的缺點是額外的蝕刻步驟，其增加介質的成本，在蝕刻期間增加對熒光染料的潛在損害。
在另一個實施例中，實現(xiàn)真正零厚度的優(yōu)選技術包括所謂的液體壓印工藝。在該工藝中，在軟性壓模的幫助下結構化在液態(tài)層中進行。到目前為止，液體壓印技術用于半導體技術僅僅是設想，類似地(參見WO0120402-A1“通過液體壓印制造具有精細特征的裝置”)。發(fā)明人顯示如何將液體壓印技術應用于制造高對比度熒光數據存儲介質。該技術對用于包括只讀存儲器(ROM)的光學存儲介質尤其重要，因為它們典型地需要大量生產。
參考以下描述的實施例，本發(fā)明的這些及其他方面將被闡明而變得顯而易見。


現(xiàn)在參考附圖通過示例更詳細地描述本發(fā)明，其中圖1顯示現(xiàn)有技術在結構化的基底上制造熒光層的步驟；圖2顯示現(xiàn)有技術通過壓印在扁平基底上制造結構化熒光層的步驟；圖3顯示根據本發(fā)明通過先壓印后蝕刻在扁平基底上制造結構化熒光層的步驟；圖4a顯示根據本發(fā)明制造熒光信息載體盤的步驟；圖4b顯示根據本發(fā)明制造熒光信息載體盤的替代的步驟；圖5顯示根據本發(fā)明用于制造熒光信息載體盤的裝置，還顯示制造盤的階段或步驟；圖6顯示根據本發(fā)明用于制造熒光信息載體盤的替代的裝置，還顯示制造盤的階段或步驟；圖7顯示根據本發(fā)明用于制造熒光信息載體盤的另外一個的裝置，還顯示制造盤的階段或步驟。
在整個附圖中，相同的附圖標記引用相同的元件、或大致執(zhí)行相同功能的元件。
具體實施例方式
圖3顯示根據本發(fā)明通過先壓花后蝕刻在扁平基底上制造結構化熒光層的步驟。
圖3的步驟300從通過工藝過程(i)和(ii)(分別在圖和圖2中描述)獲得的介質開始。在步驟300中，來自位于載體306上的層304的結構化熒光通過離子轟擊從表面被移除。優(yōu)選地在垂直于表面的方向上被移除。采用這種方式，不影響圖案的橫向分辨率。蝕刻一直延續(xù)到熒光304在凹槽處被移除。選擇蝕刻等離子成分，以致侵蝕速度在熒光層和基底(或者在基底和熒光層之間涂抹的涂層)之間存在很大差異。采用這種方式蝕刻實際上在交界面，載體306處停止。
如步驟310所示，在蝕刻之后制造完整的結構化熒光層308。如310所示，層308的槽脊具有足夠的厚度，凹槽具有零厚度。
圖4a顯示制造根據本發(fā)明實施例的熒光信息載體盤的工序。
在步驟410中軟性壓模400是由模具402得到的例如PDMS(聚二甲氧基硅氧烷)模制件，該軟性壓模典型地包含要求的微觀結構。模具402可以是Ni墊片，其使用已存在的沖壓技術制造，其被用于DVD基底的噴射造型，除了較高的結構深度之外。
在步驟420中壓模410被轉移到固態(tài)基底403上，以便幫助操作。
在步驟425中基底406(典型的光學基底)涂有溶液404，該溶液為常用溶劑中的熒光染料和聚合物，該熒光染料類似香豆素-30，該聚合物類似聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)，該常用溶劑類似乳酸乙酯或乙醇。調整溶液404中的聚合物濃度以獲得用于后續(xù)旋壓和壓印工序的最佳溶液粘度。溶液404中的染料濃度調節(jié)到聚合物具有最高效率(避免急冷)。
步驟430包括將溶液404旋壓到具有要求厚度的層407(典型為小于結構深度一半的數量級；原因見下文)。
在步驟440中壓模400被施加到層407(典型為濕層)。壓模400至少位于基底406上，直到壓模400(壓模典型地類似橡膠材料)下面的溶液404的液態(tài)膜被擠出以便形成溶液404的結構化層408。表面張力典型執(zhí)行擠出動作。優(yōu)選地被擠出的液態(tài)膜材料移動到存在于壓模450中的腔409。在液態(tài)膜材料移動之后，腔409的厚度d1應大于結構化層408的厚度。否則層407將太厚。另一方面如果層407的厚度不夠，則結構化層408的厚度也會不夠。所以在最佳情況中，407的厚度應滿足厚度d2幾乎與厚度d1一樣大。換句話說凹槽表面積(例如方形層416的上表面)相對于壓模接觸基底406的一側的總表面積可確定層407的最大允許厚度。
在步驟450中壓模400被小心釋放。
結構化層408在步驟460中在稍微高的溫度下被干燥，以便形成干燥的結構化層412。至此描述的工序具有成本效率，兼容薄基底上的工序。在染料上沒有熱負荷。壓模400可以是重復使用。然而限制來自要求低粘度的溶液404。要求低粘度是為了實現(xiàn)壓模400下面的材料移動的合理速率。在溶劑蒸發(fā)的情況下，這導致在干燥結構化層408之后減少了已干燥的結構化層412的厚度。
圖4b顯示制造根據本發(fā)明實施例的熒光信息載體盤的替代的工序。步驟410、420、425、430和440大致類似圖4a中的描述。
在優(yōu)選實施例中，溶劑在層414中使用，該層在壓印(例如，通過UV照射，其能開始或加速聚合反應)之后在步驟470中被硫化為聚合物網絡。應注意到步驟470的硫化可與步驟440的施加壓模400形成結構化層408大致同時進行。在硫化的情況下，聚合物不是必需的，因為使用的特殊(活性)溶劑能硫化為聚合物(活性溶劑典型地通過在UV光下曝光形成基，該基將依次起反應形成聚合物)。硫化過程可以在一秒內執(zhí)行。典型地，硫化過程在貧氧環(huán)境下執(zhí)行，例如氮氣環(huán)境。
干燥處理可包括將位于層414中的溶劑擴散到壓模400中的擴散過程。壓模400能被多次使用，但是應該小心，它不能太充滿溶劑，否則擴散過程將慢下來。當溶劑數量有限時，干燥處理可執(zhí)行得相當快速，例如因為層141的厚度有限(例如，典型地為小于1微米數量級)。由于替代的或組合方案，干燥也可在層416已經形成之后執(zhí)行。干燥處理可通過升高周圍溫度而加速。
替代地，在另一個優(yōu)選實施例的步驟470中，層414必然組分的化學反應固化層414。
在步驟480中，在移除壓模400后，形成完整的結構化層416，結構化層保持在基底406上。
應注意到，圖4a和4b、5、6、和7顯示的結構未按比例描繪。同樣典型地僅局部繪制結構，以便更加清楚地改善它們的功能。此外，只顯示壓模的一部分是可能的，例如，壓模400實際上是具有例如彎曲形狀的較大壓模的一部分。例如，彎曲壓模的一部分在層404和407上方，彎曲壓模的另一部分形成結構化層408或414，彎曲壓模的另一部分現(xiàn)在仍在412或416上方。圖5、6和7將更詳細地闡明這些。
圖5顯示根據本發(fā)明用于制造熒光信息載體盤的裝置的一個實施例，還顯示制造盤的階段或步驟。
圖5顯示的裝置包括轉鼓520，位于鼓520外表面的軟性壓模500，具有孔550的標線片530，以及UV源540。圖5還顯示信息載體，其包括基底506，新形成的結構化層512，已經涂抹到基底506上的溶液504，以及正在形成的新結構508。信息載體相對于裝置移動，因為鼓520和壓模500是旋轉的，因而壓模500外表面的速度與信息載體在正在形成新結構508的該點處的速度大致相同。轉鼓520的速度確定壓模600與結構608接觸的時間。UV源540通過孔550和通過具有UV光的基底506照射新結構。UV光在結構508中開始聚合反應，以便最后產生新形成的結構化層512。層512典型地包括凹槽(方形的512)和槽脊(方形之間的空閑空間)。UV光激活感光引發(fā)劑，其發(fā)起溶液504中溶劑的聚合反應。反應在在新結構508中進行。當被UV光曝光時，感光引發(fā)劑分解成基，其能依次開始與反應溶劑反應以便產生聚合物。溶液504典型地包括反應溶劑和熒光染料。在圖5裝置的替代的實施例中，孔550至少部分位于層512的下側，因為直到壓模500從形成層512的基底506釋放以后才開始反應也是可能的。
圖6顯示根據本發(fā)明用于制造熒光信息載體盤的裝置的另一個實施例，還顯示制造盤的階段或步驟。
圖6顯示裝置包括轉鼓620，位于鼓620外表面的軟性壓模600。圖6還顯示信息載體，其包括基底606，新形成的結構化層612，已經涂抹到基底606上的溶液604，以及正在形成的新結構608。信息載體相對于裝置移動，因為鼓620和壓模600是旋轉的，因而壓模600外表面的速度與信息載體在正在形成新結構608的該點處的速度大致相同。溶液604典型地包括溶劑、熒光染料和聚合物。當壓模600接觸或大致足夠接近結構606時，溶劑將大致擴散到軟性壓模600中，因為軟性壓模600從信息載體上方移動。圖6顯示已擴散的溶劑660的結果。結構608最后產生新形成的結構化層612。層612典型地包括凹槽(方形的612)和槽脊(方形之間的空閑空間)。在圖6裝置的二中擇一的實施例中，在新形成的結構化層612已經通過干燥工藝形成之后，溶劑可以從溶液604中移除。有可能實現(xiàn)充足的溶劑移除任何擴散到軟性壓模600中的溶劑，但組合也是可能的。
圖7顯示的裝置，所謂的波形印刷設備，包括壓力施加基底770和軟性壓模700。圖7還顯示信息載體，其包括基底706，新形成的結構化層712，已經涂抹到基底706上的溶液704，以及正在形成的新結構708。正在行進的波形780相對于裝置和信息載體移動。基底770適合于感應壓模700中正在行進的波形780。波形780從壓模700的一側移動到另一側。在工藝過程中，壓模700與溶液704和基底708接觸，從而形成層712。需要很好地控制波形780的速度。溶液704典型地包括溶劑、熒光染料和聚合物。在一個實施例中，當壓模700接觸或大致足夠接近結構706時，溶劑將大致擴散到軟性壓模700中，因為軟性壓模700從信息載體上方移動。結構708最后產生新形成的結構化層712。層712典型地包括凹槽(方形的712)和槽脊(方形之間的空閑空間)。在圖7裝置的替代的實施例中，在新形成的結構化層712已經通過干燥工藝形成之后，溶劑可以從溶液704中移除。有可能實現(xiàn)充足的溶劑移除任何擴散到軟性壓模700中的溶劑，但組合也是可能的。
熟悉本領域技術的普通人員將意識到通過調整所述的步驟可設計供選擇的方案制造熒光層。
上文僅僅闡明本發(fā)明的原則。因而應理解熟悉本領域技術的人員能設計各種裝置，雖然該裝置未在此文中明確描述或顯示，但體現(xiàn)了本發(fā)明的原則，因而在本發(fā)明的實質和范圍之內。
權利要求
1.一種在基底上制造光學信息層的方法，該方法包括以下步驟將溶液旋壓(430)到基底上，其中溶液包括熒光染料；接觸(440)溶液和形成結構化層的基底上的結構化壓模；固化(470)結構化層；和將壓模從結構化層和基底釋放(480)。
2.如權利要求1所述的方法，包括從模具模制該壓模的步驟；其中模具包括微觀結構。
3.如權利要求2所述的方法，其中壓模包括橡膠材料，所述橡膠材料包括聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)。
4.如權利要求3所述的方法，其中溶液還包括溶劑和聚合物，以及其中固化步驟包括把一大部分溶劑擴散到壓模中。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，模具包括主墊片和Ni墊片之一，該Ni墊片從主墊片處獲得。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，接觸步驟包括將溶液從壓模底部的下側擠出，以致底部接觸載體。
7.如權利要求2所述的方法，其特征在于，溶液包括活性溶劑，和其中固化步驟包括將一大部分活性溶劑硫化為聚合物網絡。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，硫化包括使用UV光照射溶液。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，染料包括香豆素-30。
10.一種在基底上制造光學信息層的方法，該方法包括以下步驟將溶液旋壓(430)到基底上，其中溶液包括熒光染料；接觸(440)溶液和形成結構化層的基底上的結構化壓模；和將壓模從結構化層和基底釋放(450)；固化(460)結構化層。
11.如權利要求10所述的方法，其中壓模包括橡膠材料，所述橡膠材料包括聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，染料包括香豆素-30，其中溶液還包括聚合物；和溶劑。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于，固化步驟包括通過從結構化層蒸發(fā)大量的溶劑干燥結構化層。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，干燥步驟包括升高周圍溫度。
15.如權利要求10所述的方法，包括以下步驟調整溶液中的聚合物濃度，以便實現(xiàn)用于旋壓、接觸和定位步驟的大致最佳粘度；和將溶液中的染料濃度調整到聚合物的濃度，以便實現(xiàn)大致最高效率，避免急冷。
16.如權利要求10所述的方法，其特征在于，聚合物包括聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和聚乙烯醇(PVA)之一；和溶劑包括乳酸乙酯和乙醇之一。
17.一種在基底上制造光學信息層的方法，該方法包括以下步驟將溶液旋壓到基底上，其中溶液包括熒光染料；接觸溶液上的結構化壓模；將壓模放置在溶液上，直到形成結構化溶液，其中結構化溶液包括槽脊和凹槽；從結構化溶液釋放壓模；和垂直于其表面蝕刻(300)結構化溶液，直到槽脊的厚度大致變成零(310)。
18.一種光存儲數據盤，包括信息層，其包括熒光染料；和基底(406)，信息層位于基底上；其中信息層包括槽脊和凹槽(412，416)的結構，以及其中槽脊具有大致為零的厚度；和凹槽具有有限的厚度。
19.如權利要求18所述的光存儲數據盤，包括多個信息層，其中至少一個信息層包括只讀存儲器。
20.一種用于在基底上制造光學信息層的裝置，該裝置包括轉鼓(520)，軟性壓模(500)可連接在其外表面；具有孔的標線片(530)；照射源(540)；和用于移動具有液體溶液的基底的裝置，因而基底位于壓模的外表面和標線片之間，以及基底以大致接近于壓模外表面的方向和速度移動，其中布置照射源以致它可以通過孔朝著鼓照射具有溶液的基底。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造高對比度光存儲盤的方法。該方法包括使用所謂的液體壓印技術工序，該工序對大量制造熒光光學數據存儲盤有好處。本發(fā)明還涉及高對比度光學存儲盤，其包括信息層，信息層包括基底上的熒光染料。信息層包括槽脊和凹槽的結構，其中槽脊具有大致為零的厚度；和凹槽具有有限的厚度。光學存儲盤最好為多層。本發(fā)明還涉及適合制造高對比度的光學熒光存儲盤的裝置。
文檔編號G11B7/24047GK1882991SQ200480033644
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月9日 優(yōu)先權日2003年11月14日
發(fā)明者R·威伯格弗雷爾, M·薩爾明克, M·M·J·德克爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司